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砂型反重力铝铸件铸造技术的发展

为了消除砂型铸造的缺点，提高压铸件的质量，扩大砂型铸造技术的使用范围，科技工作者研究开发出反重力砂型铸造技术。反重力铸造利用外加压力使合金液沿着与重力相反的方向自下而上充型并凝固成形，压铸铝件具有充型平稳、充型速率可控、温度场分布合理、压力下凝固及有利于铸件凝固补缩的特点，铸件的力学性能好、组织致密、铸造缺陷少，获得了广泛应用。按不同工艺过程，反重力铸造又分为低压铸造、差压铸造、调压铸造等。
在第二次世界大战期间，英国的伯明翰铸铝公司大规模成功地采用低压铸造技术制造飞机风冷发动机缸体铸件，很快引起了世界各国铸造界的高度重视。1961年，保加利亚索菲亚铸造研究所在低压铸造基础上，开发出兼有低压铸造和压力釜铸造特点的差压铸造工艺，用于制造大型、复杂、薄壁零件。不久，保加利亚的差压铸造机外销国家遍及世界各地，其中包括美、英、法、俄、澳大利亚等发达国家。随着科学技术的不断发展，以及对铸件的品质要求越来越高，差压铸造工艺及设备也在不断完善、更新。目前，差压铸造工艺已经成熟，与低压铸造相比，差压铸造的主要优点如下。
①减少铸件气孔、小孔缺陷。差压铸造的压力是低压铸造压力的4~5倍，因而在浇注过程中，由铸型、型芯排放出来的气体的体积将减少1/4~1/5，这就减少了侵入性气孔形成的机会。低压铸造铸型排气困难的根本原因在于低压铸造只能控制柑锅内气体的压力，对铸型所在的大气却不能控制。而差压铸造则不同，它能把上、下压力罐的压力同时控制起来。
②铸件表面粗糙度的改善。铝铸件在液态金属填充铸型时，型壁的沟纹或粗糙部分会存在一层气体薄膜。这部分气体的气压作用于金属液，阻止了型壁形状在铸件上的完全再现，在差压铸造时气膜的密度大，因而受热膨胀时，气体的反压力越大，阻止液态金属侵入凹坑的能力强，因而铸件表面的粗糙度就越小。
③差压铸造的补缩压力是低压铸造的4~5倍。差压铸造时上罐的压力为0.7MPa左右，而低压铸造时柑锅内压力为0.15MPa左右，二者相差甚远。因而，差压铸造有极强的补缩能力，可及时充填出现的缩孔及微裂纹，在一定程度上“压合”消除了一些热裂的隐患。
④差压铸造可减少凝固时间20%~25%，相应地也减少了凝固期内的变质衰退现象，其晶粒也有所细化。近年来，我国西北工业大学曾建民、周尧和在差压铸造基础上开发出了调压铸造工艺。调压铸造与差压铸造较大的区别在于不仅能够实现正压的控制，还能够实现负压的控制，对控制系统控制精度的要求更高门。西北工业大学掌握了反重力铸造设备制造的核心技术，在差压、调压铸造设备研制、生产方面。
近年来，沈阳铸造研究所在原有砂型铸造技术基础上，将差压铸造、调压铸造应用于复杂薄壁精密铝合金铸件生产，已建成国内一流的铝合金砂型差压铸造、调压铸造生产线。生产的铝合金舱体的力学性能及内部质量达到美-标AMS-A-21180的要求，尺寸精度较高达到CT6级（精铸件等级），壁厚最薄处仅3mm。在2008年，沈阳铸造研究所采用砂型调压铸造研制生产了整体壁厚仅2mm的大型薄壁高强度铸件，材质为D357，与我国ZL11成分相同，Mg及杂质含量要求更为严榴，压铸模具本体抗拉强度、屈服强度及伸长率分别可以达到350MPa，300MPa此外，西北工业大学、北京航空材料研究院、首都航天机械公司等也开发了相关的技术，用于砂型铝合金超薄壁铸件的研制生产。
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